(57)【要約】  熱交換モジュール単体、または制御コンソールを含むシステムの一部である。モジュールは、チャネルアセンブリと、これに取り付けられた熱交換スタックと、を含み、組織または皮膚を直接冷却および／または加熱するために使用されることが可能である。チャネルアセンブリは、液体チャネルを含む。スタックは、熱電冷却器交換器と、熱反射層と、プレートを離間した状態に保つコア複合層と、を有する１対の離間したプレートを含むことができる。丸みを帯びた身体部位により良く適合するためにモジュールの可撓性を提供するため、スタックは、プレート位置の間にＸおよび／またはＹ方向の回転可撓性軸を有する、プレート間の熱伝導プレート構造を含むことができる。選択的に、チャネルは、プレート部分が封止される窓を含むことができる。熱交換スタックは個別に、またはチャネルアセンブリと共に、さらなる可撓性を提供するためにも、縫製またはタッキングなどの機械的固定を用いて厚さ方向に固定されることが可能である。
2019509844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換モジュールであって、
チャネル、入口、および出口を含むチャネルアセンブリと、
前記チャネルアセンブリに取り付けられた熱交換スタックと、
を備え、
前記熱交換スタックは１つ以上の熱電冷却器（ＴＥＣ）を含み、前記熱交換スタックは、前記チャネルアセンブリに可撓性を提供し、これにより前記熱交換モジュールにも可撓性を提供するように構成された、熱伝導プレート構造を含む、
熱交換モジュール。
【請求項２】
前記熱伝導プレート構造は、少なくとも１つの軸に沿った可撓性を含む、請求項３に記載の熱交換モジュール。
【請求項３】
前記プレート構造は、第１熱伝導プレート片と、前記第１熱伝導プレート片から離間した第２熱伝導プレート片と、を含む、請求項１に記載の熱交換モジュール。
【請求項４】
前記チャネルは、第１窓開口部と、そこから離間した第２窓開口部と、を含み、前記第１熱伝導プレート片は前記第１窓開口部を覆い、前記第２熱伝導プレート片は前記第２窓開口部を覆い、前記第１熱伝導プレート片から離間している、請求項３に記載の熱交換モジュール。この構成は、任意の数の窓開口部およびプレート片に対して繰り返されることが可能である。
【請求項５】
前記熱伝導プレート構造は、前記第１および第２プレート片を接続する可撓性層を含む、請求項３に記載の熱交換モジュール。
【請求項６】
前記可撓性層は、メッシュ、有孔材料、またはこれらの領域にさらなる可撓性を許容する薄い材料である、請求項５に記載の熱交換モジュール。
【請求項７】
前記スタックは、前記プレートの間にコア複合層を含み、これらを離間関係で保持する、請求項１に記載の熱交換モジュール。
【請求項８】
前記コアは、前記熱電冷却器が配置される、予備成形された貫通開口部を含む、請求項１に記載の熱交換モジュール。
【請求項９】
前記モジュールの電気的および流体的機能は、供給管を通じて前記モジュールに接続されたコンソールによって制御される、請求項１に記載の熱交換モジュール。
【請求項１０】
熱交換モジュールであって、
チャネル、入口、および出口を含むチャネルアセンブリと、
前記チャネルアセンブリに取り付けられた熱交換スタックと、
を備え、
前記チャネルは窓開口部を含み、
前記熱交換スタックは、前記窓開口部を覆い、前記チャネルアセンブリに封止された、熱伝導プレート片を含み、
前記熱交換スタックは、前記熱伝導プレート片に対して配置された１つ以上の熱電冷却器を含む、
熱交換モジュール。
【請求項１１】
前記熱伝導プレート片は第１熱伝導プレート片を画定し、前記窓開口部は第１窓開口部を画定し、前記熱電冷却器は第１熱電冷却器を画定し、前記チャネルは前記第１窓開口部から離間した第２窓開口部を含み、前記スタックは、前記第２窓開口部を覆い、前記チャネルアセンブリに封止された、第２熱伝導プレート片を含み、前記スタックは、前記第２熱伝導プレート片に対して配置された第２熱電冷却器を含む、請求項１０に記載の熱交換モジュール。
【請求項１２】
熱交換モジュールであって、
チャネル、入口、および出口を含むチャネルアセンブリと、
前記チャネルアセンブリに取り付けられた熱交換スタックと、
を備え、
前記熱交換スタックは、第１および第２の離間したプレートと、前記プレート間の１つ以上の熱電冷却器と、前記プレート間にあってこれらを離間関係で保持するコア複合層と、を含む、
熱交換モジュール。
【請求項１３】
前記コアは、前記熱電冷却器が配置される、予備成形された貫通開口部を含む、請求項１２に記載の熱交換モジュール。
【請求項１４】
前記コア複合層は、ハニカム構造、または類似の中空セル構造を有する、請求項１２に記載の熱交換モジュール。
【請求項１５】
熱交換モジュールであって、
チャネル、入口、および出口を含むチャネルアセンブリと、
前記チャネルアセンブリに取り付けられた熱交換スタックと、
を備え、
前記熱交換スタックは第１および第２の離間したプレートと、前記プレート間の１つ以上の熱電冷却器と、前記プレート間のスペーサ材料と、前記プレート間に延在してこれらを一緒に保持する機械的固定と、を含む、
熱交換モジュール。
【請求項１６】
前記機械的固定は縫い糸を含む、請求項１５に記載の熱交換モジュール。
【請求項１７】
前記機械的固定は、複数の離間した機械的締結具を備える、請求項１５に記載の熱交換モジュール。
【請求項１８】
前記機械的固定は、前記熱交換スタックまで前記チャネルアセンブリを通る、請求項１５に記載の熱交換モジュール。
【請求項１９】
前記機械的固定は、前記チャネルアセンブリを通らず前記熱交換スタックのみを通る、請求項１５に記載の熱交換モジュール。
【請求項２０】
熱交換モジュールであって、
チャネル、入口、および出口を含むチャネルアセンブリと、
前記チャネルアセンブリに取り付けられた熱交換スタックと、
を備え、
前記熱交換スタックは、第１および第２の離間したプレートと、前記プレート間の１つ以上の熱電冷却器と、前記プレート間の熱反射材の層と、を含む、
熱交換モジュール。
【請求項２１】
前記層は、第１の層を画定し、前記第１のプレートの内側に配置され、前記第２のプレートの内側に配置された熱反射材の第２の層をさらに備える、請求項Ｅに記載の熱交換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本出願は、（１）その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１５年３月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／１３９，６７６（‘６７６）号明細書、および（２）‘６７６号仮特許出願明細書の優先権および恩典を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、本明細書を持って出願されるＰＣＴ国際出願の、優先権および恩典を主張する。
本出願は、（２０１５年４月２日に公開されたその公報である国際公開第２０１５／０４５１７０号パンフレットと併せて）その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１４年９月２４日に出願されたＰＣＴ国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１４／５７２７６に関連しており、これはやはりその全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１３年９月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／８８４，９３２号明細書の優先権および恩典を主張する。
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
非該当
著作権保護の対象となる資料の表示
本特許文献中の資料の一部は、米国および他の国の著作権法に基づく著作権保護の対象となっている。著作権所有者は、米国特許商標庁の公開ファイルまたは記録に記載されているように、特許文書または特許開示のいずれかによるファクシミリ複製に異論を唱えないが、それ以外の全ての著作権を留保する。著作権所有者は、非限定的に３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．１４に準じた権利を含む、本特許文献を秘密保持するいかなる権利も放棄しない。
【背景技術】
【０００２】
本開示の技術は主に、熱電冷却器（ＴＥＣ）を包含して加熱または冷却に使用可能な、フレキシブル熱交換モジュール（ＨＥＭ）に関する。患者の低体温治療は、脳損傷、脊髄損傷、筋肉損傷、および関節損傷の治療を含むがこれらに限定されない、様々な用途に使用される。この治療は通常、不完全で短時間の冷却を提供するアイスパックまたは化学冷却パックを使用することによって行うことができる。心不全および低酸素性虚血性脳症の治療などのより高度な治療では、現在利用可能な製品は、冷水を循環させることによって冷却するパッドまたはコールドキャップをしようする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
ＨＥＭは、高周波（ＲＦ）溶接または類似の方法を用いて開放チャネルを形成するために、１対の可撓性基板を使用することができる。得られたチャネルは、ＨＥＭから熱を放散させるための液体を通すために使用されてもよい。
【０００４】
閉鎖チャネルを通る液体は、装置内に包含されたＴＥＣ用のヒートシンクとして作用する。冷却または加熱を誘発するために、コントローラによってＴＥＣに電力が供給される。
【０００５】
１つ以上の温度センサは、冷却面または加熱面の温度を検出し、制御ユニットへのフィードバックとして使用されてもよい。ＨＥＭは、様々な医療用途向けの加熱、冷却、または加熱と冷却との間の循環に使用されてもよい。
【０００６】
ＨＥＭは、水チャネルアセンブリに取り付けられた熱交換スタックを含むことができるが、これらはいずれも本開示の実施形態にしたがって以下に論じられる。
【０００７】
本明細書の熱交換スタックは、組織または皮膚の直接的な冷却および／または加熱を可能にするアセンブリであってもよい。これらは、水チャネルアセンブリおよび患者の組織または皮膚と連絡する生体適合層を除いて、全ての熱交換モジュールの構成要素で構成される。このアセンブリには、生体適合層と連絡する熱電冷却器の冷却および加熱を分配するカバーと、隙間絶縁および構造的安定性のためのコア複合材と、放射を防止するための２枚までの反射材と、温度フィードバックのための少なくとも１つのサーミスタと、冷却および加熱のための熱電冷却器アレイと、水チャネルと連絡することになる放熱用の付加的なカバーまたはプレートと、がある。この最後のプレートのアレイまたはカバーは、熱交換スタックにおける可撓性が向上するように作られる。すると、設計について指定されない限りにおいて生体適合層を除いて、この構成要素のアセンブリは、熱交換スタックを作るための縫製またはリベット留めを含む方法で機械的に締結されることが可能である。水チャネルは、やはり設計に応じて、締結プロセスのために既に取り付けられていてもいなくてもよい。
【０００８】
本明細書の水チャネルは、熱交換スタックによって生じた熱を放散させるために、熱交換スタックの付近にまたはこれに接触して流体が通る通路を作り出すアセンブリであってもよい。これらは、高周波溶接されたプラスチックフィルムを含む様々な方法にしたがって構築されることが可能である。
【０００９】
本明細書は、モジュールまたは装置、方法または装置のサブアセンブリ（熱交換スタックおよび水チャネルなど）、モジュールまたは装置を作る方法、サブアセンブリを作る方法、コンソール、供給管、全体的なシステム、装置およびサブアセンブリを作る方法、ならびに装置、システム、およびそのサブアセンブリを使用する方法を含む、本開示の多くの異なる定義を含む。
【００１０】
本明細書に記載される技術のさらなる態様は、明細書の以下の部分で明らかになるが、詳細な説明は、限定を加えることなく技術の好適な実施形態を完全に開示することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】スポーツ障害および疼痛管理の処置を含むがこれに限定されない、複数の使用のために筋肉、関節、および／または組織を冷却および／または加熱するために患者に対して動作中のものとして示される、本開示のシステムの斜視図である。
【図１Ｂ】化学療法脱毛予防の処置を含むがこれに限定されない、複数の使用のために頭皮を冷却および／または加熱するために患者に対して動作中のものとして示される、本開示のシステムの斜視図である。
【図１Ｃ】外傷性脳損傷または脳卒中適応の処置を含むがこれに限定されない、複数の使用のために頭皮および／または脳への患者に対して動作中のものとして示される、本開示のシステムの斜視図である。
【図１Ｄ】心不全の処置を含むがこれに限定されない、複数の使用のために患者のコア温度の冷却および／または加熱を調整するために動作中のものとして示される、本開示のシステムの斜視図である。
【図２】図１Ａから図１Ｄのシステムで使用できるような、分離して示される本開示の熱交換モジュールの斜視図である。
【図３】図２のモジュールの分解斜視図である。
【図４】図２のモジュールの模式的断面図である。
【図５】本開示のモジュールのチャネルアセンブリのチャネル設計の平面図である。
【図６】代替チャネル設計の図５と類似の図である。
【図７】本開示のモジュールの、図５のもののような、チャネルアセンブリの底面図である。
【図８】図７のチャネルアセンブリの斜視図である。
【図９】患者の脚に対する巻き付け位置で示された、図７のモジュールの斜視図である。
【図１０】チャネル窓を示す、チャネルアセンブリの上面図である。
【図１１】窓を覆う熱伝導プレートを示す、図１０と類似の図である。
【図１２】説明目的のため、チャネルアセンブリにおいてプレート上の裏面接着剤が見えるように透明なものとしてプレートを示す、図１１と類似の図である。
【図１２Ａ】チャネルアセンブリの裏面を示すが、窓が切り取られず、水チャネル層を完全なまま維持する代替実施形態で示される、図１２と類似の図である。
【図１３】プレートの外周の周りの接着剤を示す、図１２のプレートのうちの１つの拡大裏面図である。
【図１４】チャネルアセンブリの、そしてモジュールの回転可撓性の軸を示す、図１１と類似の図である。
【図１５】図１１と類似であるが、４つではなく１２個のプレートを有し、これにより、Ｙ方向に３つ、Ｘ方向に２つの、より多くの回転可撓性の軸を提供する代替実施形態の図である。
【図１５Ａ】図１５と類似であるが、ハッシュパターンで示された別のカバーに１２個のプレートを接続する代替実施形態の図である。
【図１６】図１１と類似であり、プレート上の所定位置の熱電冷却器（ＴＥＣ）アセンブリを示す図である。
【図１７】ＴＥＣアセンブリの詳細を有する、代替ＴＥＣアセンブリおよび熱伝導プレート配置の斜視図である。
【図１８】図１７の上面図である。
【図１９】分離して示される、構成前のモジュールのコア複合層の斜視図である。
【図２０】図１９のコア複合層が構成されて所定位置にある、図１６と類似の斜視図である。
【図２１】上部マイラーシートがコア複合層の上の所定位置にある、図２０と類似の図である。
【図２２】上プレートが所定位置にある、図２１と類似の図である。
【図２３】生体適合層が所定位置にある、図２２と類似の図である。
【図２４】チャネルアセンブリを通じて延在しない機械的固定と共に熱交換スタックを機械的に固定する第１の方法を示す、本開示のモジュールを通る模式的断面図である。
【図２５】チャネルアセンブリを通じて延在する機械的固定と共に熱交換スタックを機械的に固定する代替の第２の方法を示す、図２４と類似の図である。
【図２６】図１６と類似であるが、図２４の方法の機械的固定の領域を示す上面図である。
【図２７】図１６と類似であるが、図２５の方法の固定の領域を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
概要
図２８および図２９のシステム概要を参照して、概して１００で示される熱交換システムが説明されるが、これは概して１１０で示される熱交換モジュールと、概して１１０で示されるコンソールと、これらを動作可能に接続する供給管１２０と、を含む。コンソールは、エンクロージャ１３０と、ファン１４０と、ラジエータ１５０と、スクリーン駆動基板１６０と、タッチスクリーン１７０と、ポンプ１８０と、ジャック１９０と、電源／信号プラグ２００と、ポートコネクタ２１０と、ロータリエンコーダ２２０と、Ｈブリッジ２３０と、ＤＣ／ＤＣ電源２４０と、リザーバ２５０と、電池２６０と、ＵＳＢ２７０と、電源出力２８０と、流量計２９０と、マイクロコントローラアセンブリ３００と、を含む。
【００１３】
本開示の様々なシステムは、図１Ａ、図１Ｂ，図１Ｃ、および図１Ｄに、それぞれ概して３１０、３２０、３３０、３４０で示されている。
【００１４】
図２８は、以下の接続信号３２０、電力３３０、流体３４０、および熱３５０を示す。
【００１５】
図３は、傾斜した入口および出口４３０を有する、チャネル４２０を形成するためにＲＦ溶接４１０された、２つのＴＰＵシート４００を含む様々な層を示す、モジュール１１０のうちの１つの分解斜視図である。チャネルは、複数の箇所においてチャネルの内部を露出するために切り抜かれた複数の窓（開口部）４４０を有する。シート、開口部を有するチャネル、および出口は、概して４５０で示される水チャネルを形成する。
【００１６】
モジュールの残部は、概して５００で示される熱交換スタックを形成する。スタックは、概して５３０で示される熱伝導プレート構造または層を集合的に形成する底部プレート５２０を含む。プレートまたはプレート片５４０があるが窓はない代替プレート構造が、図１２Ａに示されている。プレート片５５０がウェブ５６０で一緒に接続されたさらなる代替例が、図１５Ａに示されている。本開示の様々なプレート構造の利点は、より大きな可撓性を装置に提供することである。可撓性は、たとえば図１４に示されるように、Ｙ軸６００の周りに提供されることが可能である。または図１５のプレート構成を用いると、Ｘ軸６１０およびＹ軸６２０の周りに提供可能である。
【００１７】
図３に戻ると、付加的な層は、開口部およびＴＥＣアセンブリ６７０を有する下部マイラーシート６５０である。図示されるように、ＴＥＣアセンブリは、ＴＥＣ６８０と、前述の銅スクエア６９０と、銅バスライン７００と、ワイヤ７１０と、を含むことができる。サーミスタ７５０が図に示されている。
【００１８】
コア複合層８００は、穴８１０が開けられている。上部マイラーシート８３０もまた、ＴＥＣ用に穴８４０が開けられている。上プレートは８５０で示され、生体適合層は８６０で示されている。
【００１９】
断面図を参照すると、プレート片（底部プレート）にＴＥＣを取り付けるための接着剤が８７０で示され、上プレートにＴＥＣを取り付けるための熱ペースト／エポキシは８８０で示されている。そして糸またはその他の機械的接続は、９００で示されている。
【００２０】
制御コンソールおよび供給管の構造および動作
制御コンソールの構造
制御コンソールは、以下の構成要素で構成されることが可能である。
●エンクロージャ
●クイックディスコネクト継手
●電源および信号プラグ
●ＵＳＢポート
●１／４’’ジャック
●ＡＣ電源入力
●ファン
●ラジエータ
●ポンプ
●リザーバ
●流量計
●レベルセンサ
●ＡＣ／ＤＣ電源
●電池
●ＤＣ／ＤＣ電源
●Ｈブリッジ
●マイクロコントローラプリント回路基板アセンブリ（ＰＣＢＡ）
●スクリーンドライバ基板
●タッチスクリーン
【００２１】
エンクロージャ
エンクロージャは、レーザーカットアクリル、キャストウレタン、射出成型プラスチック、または類似の方法から製造されることが可能である。これは一体成形品から、または互いにスナップ留めまたはネジ留めされる複数のパネルを接合することによって、もしくは方法の組み合わせを含むその他の機械的または接着方法によって、作成されることが可能である。エンクロージャの主な目的は、制御コンソールの内部構成要素を収容すると共に、供給管、ひいてはＨＥＭとの連絡に必要な入出力ポートおよびコネクタを実装することである。このエンクロージャは、放熱のために通気孔を有してその剛性を維持することもできる。エンクロージャはまた、電気部品の近くで流体漏れがあった場合に安全性を維持するために構築されることも可能である。
【００２２】
入出力構成要素
入出力構成要素は、プラグ、ケーブル、またはチューブと連絡するためにパネル実装されることが可能である。これらは、穴に部分的に挿入され、ネジまたはスナップイン機能を通じて機械的に固定され得るように、指定された構成要素のエンクロージャに切り抜きを形成することによって、組み込まれることが可能である。クイックディスコネクト継手、電源および信号プラグ、ＵＳＢポート、１／４’’ジャック、および電源出力は、全てこのようにして組み込まれる。タッチスクリーンも類似の方法で組み込まれるが、エンクロージャに通されるのではなく、エンクロージャから切り抜かれたプロファイルによって、その部分を外に延在させることなくスクリーンへのアクセスを可能にするように、実装される。
【００２３】
内部構成要素
内部構成要素は全てネジ実装によって実装されるか、もしくは様々な機械的または接着方法でプラットフォームに貼り付けられる。ファンはラジエータに実装され、ラジエータファンシステムはファンが通気孔と直接接触するように実装され、これらは所定位置にネジ実装される。ポンプ、ＡＣ／ＤＣ電源、必要なＤＣ／ＤＣ電源（設計に応じてゼロから２個）、Ｈブリッジ、マイクロコントローラＰＣＢＡ、スクリーンドライバ基板は、全てネジ実装される。リザーバは、棚またはプラットフォーム上に実装されることによって、所定位置に保持される。
【００２４】
電気システム
ＡＣ／ＤＣ電源および電池は、システム内の全ての構成要素に電力を供給する。これらは、装置が電源に接続されているときに電池が充電され、装置が接続されていないときに装置が電池で動作するように、組み込まれている。設計および構成要素の電力需要に応じて、電源または電池によって電力供給される付加的なＤＣ／ＤＣ電源がある。この電源および電池はまとめて電源システムと賞される。電源出力はその後、６００Ｖ定格ケーブルで電源システムに配線される。そして電源システムは、配線を介して適切な構成要素に分配される。電力を必要とする構成要素は、ファン、ポンプ、Ｈブリッジ、マイクロコントローラＰＣＢＡを含み、一部の設計では、スクリーンドライバ基板およびタッチスクリーンは個別の電力を必要とする場合がある。電源システムとは別に、付加的な電気的相互接続がある。電源および信号プラグからＨブリッジまでおよびマイクロコントローラＰＣＢＡまでの間には、配線が必要である。ＵＳＢポート、１／４’’ジャック、流量計、レベルセンサ、Ｈブリッジ、およびスクリーンドライバ基板からマイクロコントローラＰＣＢＡには付加的な配線が必要である。タッチスクリーンとスクリーンドライバ基板との間に必要とされる配線接続もある。この配線は全て、構成要素の仕様に応じて、ネジ端子、はんだ付け、圧着、またはプラグを介して完成される。
【００２５】
流体システム
エンクロージャ内の流体システムは全て、ＰＶＣまたはポリウレタンなどの３／８’’または１／４’’径の可撓性管材で相互接続されている。流体接続は、図＿の線＿によって示されている。これらは、タケノコ継手または圧縮継手を用いて個々の構成要素に接続されている。これらはまっすぐまたは傾斜していてもよく、構成要素内にねじ込まれている。管材は、リザーバからポンプ入口へ、およびポンプ出口から出口クイックディスコネクト継手へ接続されており、ここに供給管が取り付けられる。管材はまた、入口クイックディスコネクト継手からラジエータへ行き、ラジエータからリザーバに戻る。ポンプ出口と出口クイックディスコネクト継手の手前との間には、同じタケノコ継手を用いて流量計が組み込まれている。加えて、レベルセンサを組み込むことができるように、第２のネジ穴がリザーバ内に作成される。
【００２６】
供給管の構造
供給管は、ＰＶＣまたはポリウレタンなどの対になったチューブの延長部分であり、１／３メートルから４メートルの間の配線アセンブリの延長片でもある。制御コンソールのクイックディスコネクト継手からＨＥＭまで続く、やはり３／８’’または１／４’’のいずれかの直径で可撓性材料から作られた、流体用の２本のチューブがある。必要であれば返しを有する、適切なコネクタは、クイックディスコネクト継手およびＨＥＭ内に差し込まれるように、これらのチューブの末端に取り付けられる。ワイヤアセンブリは、ＨＥＭに電流を搬送することが可能な２本のケーブル、およびＨＥＭの温度プローブからの信号をもたらすことができる少なくとも２本のワイヤから構成される。ＨＥＭにおいて２本以上の温度プローブが使用されている場合、付加的なワイヤが含まれる。ケーブルおよびワイヤは、一端では制御コンソール内に、他端ではＨＥＭ内につながるプラグの端子に接続されるために、適切に圧着およびはんだ付けされる。そして編組スリーブまたはその他のシースが、ケーブルおよびチューブアセンブリ全体の周りに巻き付けられる。
【００２７】
システム動作
タッチスクリーンはユーザと相互作用し、最も単純なケースでは、室温未満の単一温度が不定の時間にわたって設定される（ユーザはプログラムされた温度および時間アルゴリズムを設定および使用または選択することができる）。マイクロコントローラは、ＨＥＭから温度信号を受信する。これは、適切な信号をＨブリッジに送信することによって応答し、これはその後電源システムによって電力供給されて、供給管アセンブリを通じてＨＥＭに必要な電力を生成して送ることができる。これにより、ＨＥＭを設定温度に近付けることができる。このフィードバックループは、ユーザの選択された温度を維持するために必要に応じて繰り返される。併せて、ＨＥＭによって生じた熱は、流体システムを介して除去されている。流体は、閉ループ内を連続的に流れている。ポンプは、リザーバから流体を引き出し、供給管を通じてＨＥＭにこれを送り、そこで熱を回収して供給管を介して戻す。これはその後、ラジエータに通されてリザーバに戻る。ラジエータを通るとき、回収された熱は、ファンによって強制的にラジエータに通される空気から放散される。ファンは、エンクロージャ内の電気部品から生じた余分な熱を除去するのにも役立つ。
【００２８】
熱交換モジュールの構造
以下に、たとえば本開示の熱交換システムに適合および使用されることが可能な、本開示の熱交換モジュール（ＨＥＭ）のための構成要素および製造プロセスが論じられる。一般的に、モジュールの製造方法は２つあり、その違いは本開示において後に詳述される。以下に明記される製造プロセスは、第１の製造方法において構成要素が現れる順序である。
【００２９】
水循環
装置全体にわたる水の循環は、ＨＥＭからの熱の抽出において不可欠である。水循環は、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、または水が内部を流れるチャネル内にＲＦ溶接（または類似のプロセス）されることが可能なその他類似の材料の、２つのシートを通じて行われる。ＴＰＵ材料は、薄く可撓性であり、仕様通りに容易に製造できるため、使用される。
【００３０】
ＲＦ溶接
ＲＦ溶接の設計は、各々異なるＨＥＭの仕様に合わせてカスタマイズされる。
典型的なＨＥＭの典型的な溶接設計に加えて、他の可能な設計も示されている。各ＴＰＵシートは１５から４０ミルの厚さであり（後に決定）、ＲＦ溶接線は３ミルである（変更可能）。ＴＰＵの入口／出口（通常はエルボの形態）もまた、水の入口および出口を循環させるために設計された水チャネルの末端にＲＦ溶接される。これらの入口／出口はサイズが異なり、各ＨＥＭの仕様に応じて１／４’’または３／８’’のいずれかの内径（ＩＤ）を有する。互いに溶接された２つのＴＰＵシートおよびエルボのシステムは、これにより「水チャネル」と称される。
【００３１】
ＴＰＵシートの「窓」
ＴＰＵは熱伝導性ではないので、装置から水への熱の十分な異動を可能にするために、水チャネルに開口部が形成されなければならない。エルボがＲＦ溶接されていないＴＰＵシートは、「窓」を形成するために矩形の形状に切断される。これは通常、ダイカットで行われるが、他の方法で行われることも可能である。多くの図は、窓が切り抜かれた水チャネルを示している。この図は、ＴＰＵシートに切り抜かれた窓の多くの可能な構成のうちの１つのみを示している。実際には、窓の数は、１つの大きな窓から装置内のＴＥＣと同じ数の窓までの範囲を取り得る。窓の数が多いほど、装置の可撓性が高くなり得る。これについては、以下においてさらに説明される。
【００３２】
熱伝導層（「底部プレート」）
今や水チャネル内に開口部があるので、漏れ防止のため水チャネルを封止するために、熱伝導性材料が使用されなければならない。この材料は通常、厚さ７から１２ミル（後に決定）の銅またはアルミニウムの、薄い金属プレートであるが、いずれの半可撓性熱伝導性基板であってもよい。金属プレートは、ＴＰＵ内に切り抜かれた窓よりも相対的に大きい片に切断される（通常は約１０ｍｍ）。単一の大きな金属片が使用されない理由は、装置の可撓性を許容するため、および重量を低減するためである。ＴＰＵは金属よりもはるかに可撓性が高いので、金属プレートの間の領域は、装置においてさらなる可撓性を許容する。先の窓の議論に戻ると、金属プレートの数は、水チャネル内に切り抜かれた窓の数と同じである。たとえば、各ＴＥＣの周りに小さな窓が切り抜かれ（合計１２個の窓）、各窓を封止するために、各々が窓のサイズよりも少し大きい１２個の金属プレートが使用され得る。この方法は、１つではなく２つの軸に沿って可撓性を有することになるので、可撓性を高める。これらのプレートの全てが同じ平面内にあるので、また議論しやすくするために、これらはまとめて「底部プレート」と称される。通常の冷却動作中、このプレートは加熱され、その一方で「上部プレート」（後述される）は冷たくなるので、このプレートは「高温プレート」とも称されてよい。（底部プレートは、広く「カバー」と称されることもある。）
【００３３】
熱伝導層への水チャネルの封止
封止プロセスは、構造用接着剤（通常はエポキシまたはアクリル）、または感圧転写テープの使用を伴う。例としては、ＤｅｖｃｏｎのＨＰ２５０（アクリル接着剤）、３ＭのＤＰ８００５（エポキシ接着剤）、および３Ｍの９４７２（転写テープ）を含む。これらの接着剤では、適切な接合を可能にするために、ＴＰＵおよび金属プレートはいずれも完全に研磨および洗浄されなければならない。接着剤またはテープは、ＴＰＵに重なる領域で各プレート上に載置されるが、水がプレートに接触しない領域には載置されない。プレート全体に接着剤を塗布すると、材料を浪費すると共に、熱が水に到達するまでに通らなければならない望ましくない障壁を形成することになる。図７は、プレート上に置かれた接着剤を示す。接着剤を有する矩形は、ＴＰＵに配置されて硬化させられ、水循環チャネルを封止する。図８は、ＴＰＵシートに接合されたプレートを示す。図９は、下の窓を見るために透明なものとして金属を示す。第２の方法では、この封止プロセスは、装置が組み立てられた後に完了することが可能である（下記参照）。
【００３４】
熱伝達素子（ＴＥＣ）
次のステップは、装置に冷却効果を生じるモジュール、すなわち熱電冷却器（ＴＥＣ）を配置することである。ＴＥＣは電力で動作するので、バスバーを介して電源に接続されている。これらのバスバーは銅製で、薄く可撓性であり、ＨＥＭの内部では低プロファイルを維持する。低プロファイルは、ＴＥＣの２つの面の間でＨＥＭ内の空隙を維持するために不可欠である。バスバーは導電性が非常に高く、これにより発熱を防止する。配線内の抵抗損失を通じて発生するいかなる熱も、本質的にＨＥＭの効率を低下させる。各ＴＥＣの配線は、約１／４’’まで縮小されている。銅バスバーは、ＴＥＣ間の対応する長さに切断され、ＴＥＣ配線はバスバーにはんだ付けされる。ＨＥＭが複数のバンクを有する場合、バスバーは接合部で一緒にはんだ付けされる。各ＴＥＣは、はんだ付け完了時にアセトンで完全に洗浄される。こうして「ＴＥＣチェーン」が完成する。回路の短絡を防止するために、バスバーがプレートと接触する可能性のあるいずれの領域でも、底部プレート上に絶縁テープが載置される。図１０から図１１は、ＴＥＣアセンブリを示す。
【００３５】
図１２Ａは、チャネルアセンブリの裏面を示すが、窓が切り取られず、水チャネル層を完全なまま維持する代替実施形態で示される、図１２と類似の図である。
【００３６】
図１５Ａは、図１５と類似であるが、ここではハッシュパターンで示された別のカバーに１２個のプレートを接続する代替実施形態の図である。このカバーはメッシュ材料、有孔箔など可撓性の軸に沿って穿孔を有する材料、または可撓性の軸に沿って薄くなる箔などの可変厚を有するカバーであってもよく、これらは全てプレートを接続し、それでもなお可撓性のために回転軸を提供する。４つのプレート、または設計要件を満たすために必要な任意の数のプレートを用いてこれを実行することもできる。
【００３７】
身体対向中間層（「上プレート」）
この層は、ＴＥＣの反対側に載置される熱伝導性金属プレート（ただしいずれの半可撓性熱伝導性基板であってもよい）であってもよい。これは、「上部プレート」または「低温プレート」と称される。皮膚と接触している表面の温度を測定するために、このプレートにサーミスタが追加される。これを行うために、サーミスタは適切な箇所（通常はプレートの中央）に載置され、耐熱テープを使用して絶縁リード線がプレートにテープ留めされる。そして熱伝導性接着剤（通常はＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇの３−６７５０）が、サーミスタを完全に覆うのに十分な量だけその周りに載置される。サーミスタを所定位置に固定するために、接着剤が硬化させられてもよい。
【００３８】
空隙内の断熱（「コア複合材」）
空隙は、ＴＥＣまたはその他の素子（サーミスタ、バスラインなど）によって占有されない、上部および底部金属プレートの間の領域として定義される。「コア複合材」と呼ばれる材料が使用され、たとえばＫｏｒｏｙｄまたはＡｍａｒｉｄのハニカムがある。これらは中空のセルを有するハニカムとしてしばしば成形される構造化材料である。図１２を参照のこと。コア複合材は、たとえばシリコーンフォームの代わりに使用されることが可能である。コア複合材は、ＴＥＣが存在する領域で切断され、２つの金属プレートの間でこの領域以外の全ての領域（空隙）を充填する。全てのコアセル内に空気があり、両方のプレートと接触している材料を通る熱伝達の量を最小限に抑えるので、この材料は良好な断熱材である。コア複合材はまた、時間が経ってもその構造を保持し、断熱のための上部および底部プレートの分離を維持する。コア複合材は有利なことに時間が経っても縮小または圧縮せず、これによりプレートを互いにより近付ける。コア複合材はまた、機械的締結プロセスの間、ＨＥＭの構造も維持し、プレートが互いに圧縮し合うのを防ぐ。
【００３９】
加えて、さらなる絶縁のため、コア複合材の片側にマイラーまたは類似の反射材のシートが載置されることも可能である。これらのシートは、いかなる放射もそれが発せられたプレートに戻るよう反射することによって、２つのプレートの間で熱が放射するのを防止する。
【００４０】
装置アセンブリ
装置のアセンブリは、２つの金属プレートの間にＴＥＣを接着するための熱伝導性エポキシ、または好ましくは、ＴＥＣとその両側のプレートとの間でいくらかのたわみを許容する熱ペースト（通常はＡｒｃｔｉｃのＭＸ−４化合物）を使用することができる。（たとえばエポキシの代わりに）使用される熱ペーストを用いて、装置を一緒に保持するための方法が必要とされる（基本的に、金属プレートと接触してＴＥＣを保持するサンドイッチを作り出す）。ＴＥＣは、材料の間に十分な熱伝達があるように、金属プレートとの緊密な接触を維持する。
【００４１】
この方法は、機械的締結である。機械的締結は、縫製、リベットの使用、または装置を構造的に一緒に保持する類似の手順であってもよい。この議論では、主要な方法として縫製を使用するが、他のものも同様に実行可能である。以下の２つのサブセクションで説明される、機械的締結の２つの方法が使用されてもよい。
【００４２】
第１の方法
この層は、上述の手順の全てが実行済みであり、この時点で底部プレートが水チャネルに取り付けられて封止されていることを前提とする。先に製造されたＴＥＣチェーンがここで使用される。熱伝導性ペーストの薄層またはビードが、各ＴＥＣの「上」面（上プレートと接触する表面）に載置される。次いでＴＥＣのチェーンが上プレート上に載置される。その後マイラーの第１のシートがＴＥＣの周りの上プレート上に載置される。そしてコア複合材が、マイラーシートの上およびＴＥＣの周りに載置される。次いで第２のマイラーシートが、コア複合材の上およびＴＥＣの周りに載置される。熱伝導性ペーストの薄層またはビードが、各ＴＥＣの「底」面（底部プレートと接触する表面）に載置される。次いで底部プレートがＴＥＣ上に載置される。底部プレートが既に水チャネルに封止されていることを思い出して欲しい。この時点で、装置全体が結合されており、機械的に締結されるだけでよい。
【００４３】
構成要素の全てがＣクランプまたは類似の治具で所定位置に保持され、装置全体がミシンに通される。したがって、糸は装置全体を貫通する。なお、糸は特定の箇所にしか存在できないことに留意することが重要である。水が流れている箇所を通ってはならず、さもなければ水チャネルを穿通して漏れを生じるだろう。また、底部および上プレートの両方を一緒に保持するために、これら両方を通る必要がある。これにより、ＴＰＵに封止するために底部プレート上に接着剤が載置されたのと同じ領域を、縫合のために残しておく。第１の方法の断面図については図１３を参照のこと。
【００４４】
第２の方法
２つの方法の主な違いは、糸（または締結具）が通る構成要素の数である。第２の方法では、装置は異なる順序で製造され、縫製は最終ステップではないので、糸は装置全体を通る必要がない。この方法では、ここで「熱交換スタック」またはＨＥＳとして定義されるものが最初に作成される。ＨＥＳの作成は第１の方法とまったく同じ手順にしたがうが、唯一の違いは底部プレートが水チャネルにまだ接着されていないことである。明確さのため上記の手順をとる：
【００４５】
ＴＥＣチェーンは以下の通りであってもよい。熱伝導性ペーストの薄層またはビードが、各ＴＥＣの上面（上プレートと接触する表面）に載置される。次いでＴＥＣのチェーンが上プレート上に載置される。その後マイラーの第１のシートがＴＥＣの周りの上プレート上に載置される。そしてコア複合材が、マイラーシートの上およびＴＥＣの周りに載置される。次いで第２のマイラーシートが、コア複合材の上およびＴＥＣの周りに載置される。熱伝導性ペーストの薄層またはビードが、各ＴＥＣの「底」面（底部プレートと接触する表面）に載置される。次いで底部プレートがＴＥＣ上に載置される。
【００４６】
この方法の底部プレートは単純に、水チャネルがまだ接着されていない金属片であってもよい。各金属プレートは、第１の方法と同様にＨＥＳに個別に縫い付けられることが可能である。
【００４７】
各底部プレートが上プレートに縫い付けられた後、ＨＥＳが完成する。
【００４８】
残りのステップは、底部プレートに水チャネルを接着することである。窓を有する水チャネルは、先に記載されたのと同じように作成され、これらは底部プレートに同じように接着され、唯一の違いは底部プレートが反対側でＨＥＳに既に取り付けられていることである。第２の方法の断面図については図１４を参照のこと。
【００４９】
生体適合層
冷却器を完成させる最終ステップは、熱伝導性生体適合材料の薄層（０．２から１ｍｍ）を上プレートに追加することである。この材料は、皮膚が金属と直接接触しないように、身体組織と上プレートとの間の緩衝材として作用する。生体適合材料は医療用シリコーンを含むが、これは様々なものが現在入手可能である。あるいは、３Ｍの２４７６Ｐなどの生体適合皮膚用接着剤も適用可能である。図１５は完成した装置を示し、図１６は各層の分解図を示す。
【００５０】
製造手順
上述のように、製造方法は２つある。このセクションは、本開示のこれらの方法の両方の簡潔なステップごとの手順を提供する。
【００５１】
第１の方法
●材料に窓を形成するためにＴＰＵシートがダイカットされる
●入口／出口エルボが第２のＴＰＵシートにＲＦ溶接される
●これら２つのシートは、水循環チャネルを形成するために指定された形状で一緒にＲＦ溶接される
●底部プレートが仕様通りに切断される；プレートの数はＴＰＵ内の窓の数に等しい
●接着剤が底部プレートの外周に塗布され、水チャネルを封止するためＴＰＵに接着される
●銅バスラインを使用してＴＥＣを一緒にはんだ付けすることによって、ＴＥＣアセンブリが形成される
●上プレート、コア複合材、およびマイラー材料が仕様通りに切断される
●ＴＥＣの上面に熱ペーストが塗布される
●上部プレートに対してＴＥＣが載置される
●（上）マイラーシートが上部プレートに対して追加され、ＴＥＣを包囲する
●コア複合材がマイラーシートに対して追加され、ＴＥＣを包囲する
●第２（底部）マイラーシートがコア複合材に対して追加され、ＴＥＣを包囲する
●ＴＥＣの底面に熱ペーストが載置される
●ＴＥＣは、空隙内の上部プレート材料と共に、既に水チャネルが接着された底部プレートに対して載置される
●ＨＥＭは縫製を用いて機械的に締結され、糸は装置全体を貫通する
【００５２】
第２の方法
●銅バスラインを使用してＴＥＣを一緒にはんだ付けすることによって、ＴＥＣアセンブリが形成される
●上プレート、コア複合材、およびマイラー材料が仕様通りに切断される
●底部プレートが仕様通りに切断される；プレートの数は窓の数に等しい
●ＴＥＣの上面に熱ペーストが載置される
●上部プレートに対してＴＥＣが載置される
●（上）マイラーシートが上部プレートに対して追加され、ＴＥＣを包囲する
●コア複合材がマイラーシートに対して追加され、ＴＥＣを包囲する
●第２（底部）マイラーシートがコア複合材に対して追加され、ＴＥＣを包囲する
●ＴＥＣの底面に熱ペーストが載置される
●ＴＥＣは、空隙内の上部プレート材料と共に、底部プレートに対して載置される
●ＨＥＭは縫製を用いて機械的に締結され、糸はＨＥＳアセンブリのみを貫通する
●窓を形成するために第１のＴＰＵシートがダイカットされる
●入口／出口エルボが第２のＴＰＵシートにＲＦ溶接される
●これら２つのシートは、水チャネルを形成するために指定された形状で一緒にＲＦ溶接される
●接着剤が底部プレートの外周に塗布され、これらは既にＨＥＳの残部に縫い付けられており、水チャネルを封止するためＴＰＵに接着される
【００５３】
本明細書の記載には多くの詳細が含まれるが、これらは、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきものではなく、現時点で好ましい実施形態のいくつかの例を提供したものにすぎない。したがって、本開示の範囲は、当業者に明らかになりうる他の実施形態をすべて包含することを認識されたい。
【００５４】
特許請求の範囲において、要素を単数の要素として参照しているものは、特段の記載がない限り「１つおよび１つのみ」を意味しているものではなく、「１つ以上」を意味することを意図している。当業者に知られている開示された実施形態の要素と構造的、化学的および機能的に等価のものはすべて、本明細書に参照により明確に援用されたものとされ、本特許請求の範囲に包含されるものとする。さらに、本開示にない要素、構成部品または方法ステップは、その要素、構成部品または方法ステップが特許請求の範囲に明確に記載されているか否かにかかわらず、公にされるためのものであることが意図される。本願の請求項の要素は、「〜するための手段」という表現を用いて明確に要素を記載していない限り、「ミーンズ・プラス・ファンクション」として解釈されるべきではない。本願の請求項の要素は、「〜するためのステップ」という表現を用いて明確に要素を記載していない限り、「ステップ・プラス・ファンクション」として解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
2019509844.tif 000003
【図１Ｂ】
2019509844.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
2019509844.tif 000008
【図４】
2019509844.tif 000009
【図５】
2019509844.tif 000010
【図６】
2019509844.tif 000011
【図７】
2019509844.tif 000012
【図８】
2019509844.tif 000013
【図９】
2019509844.tif 000014
【図１０】
2019509844.tif 000015
【図１１】
2019509844.tif 000016
【図１２】
2019509844.tif 000017
【図１２Ａ】
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【図１３】
2019509844.tif 000019
【図１４】
2019509844.tif 000020
【図１５】
2019509844.tif 000021
【図１５Ａ】
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【図１６】
2019509844.tif 000023
【図１７】
2019509844.tif 000024
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2019509844.tif 000027
【図２１】
2019509844.tif 000028
【図２２】
2019509844.tif 000029
【図２３】
2019509844.tif 000030
【図２４】
2019509844.tif 000031
【図２５】
2019509844.tif 000032
【図２６】
2019509844.tif 000033
【図２７】
2019509844.tif 000034
【図２８】
2019509844.tif 000035
【図２９】
2019509844.tif 000036
【図３０】
2019509844.tif 000037
【図３１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年11月28日(2018.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記熱伝導プレート構造は、少なくとも１つの軸に沿った可撓性を含む、請求項１に記載の熱交換モジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２１】
前記層は、第１の層を画定し、前記第１のプレートの内側に配置され、前記第２のプレートの内側に配置された熱反射材の第２の層をさらに備える、請求項２０に記載の熱交換モジュール。
【国際調査報告】
2019509844.tif 000039
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